高效率低能耗的工業(yè)級(jí)聲凝聚pm2.5減排系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保除塵領(lǐng)域，具體涉及聲凝聚治理空氣顆粒物領(lǐng)域，尤其是高效率低能耗的工業(yè)級(jí)聲凝聚PM2.5減排系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的消耗越來(lái)越大，尤其是化學(xué)燃燒能源系統(tǒng)排放到大氣中的污染物日益增多，由環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，近年來(lái)，以PM2.5為主的細(xì)顆粒物已經(jīng)成為我國(guó)城市大氣環(huán)境中的主要污染物。PM2.5是指氣體動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5微米的懸浮細(xì)顆粒，其富含有毒物質(zhì)且在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，不僅降低了大氣能見(jiàn)度，影響交通、環(huán)境和氣候，而且對(duì)人體健康有短期和長(zhǎng)期累積的嚴(yán)重危害。發(fā)展燃燒能源系統(tǒng)新型減排技術(shù)成為從根本上解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵。
[0003]現(xiàn)有的除塵技術(shù)(靜電除塵法、旋風(fēng)除塵法、袋式除塵法和濕式除塵法等)，對(duì)5微米以下顆粒物的清除效率都很低，或者存在著經(jīng)濟(jì)成本高、適用范圍窄、處理流量受限和改造影響能源系統(tǒng)運(yùn)行等問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足PM2.5減排控制的需求。
[0004]聲凝聚減排的基本原理是在現(xiàn)有除塵設(shè)備上前置一個(gè)強(qiáng)聲作用的預(yù)處理環(huán)節(jié)，利用高強(qiáng)度聲場(chǎng)來(lái)使煙氣中微米和亞微米顆粒產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)，增加它們的碰撞幾率，一旦顆粒發(fā)生了碰撞，它們便容易沾附而形成較大一級(jí)的團(tuán)聚物。在很短的時(shí)間范圍內(nèi)，顆粒的分布密度函數(shù)將發(fā)生從小尺寸向大尺寸范圍的演變，平均粒徑變大，細(xì)顆粒數(shù)目變少，結(jié)果便很容易地通過(guò)常規(guī)的顆粒清除設(shè)備將相對(duì)較大的團(tuán)聚物從氣體中清除掉。由于聲凝聚的作用時(shí)間短、效果顯著、經(jīng)濟(jì)適用、且能夠適應(yīng)高溫、高壓和腐蝕性環(huán)境，必將在我國(guó)現(xiàn)階段空氣污染治理中發(fā)揮重要作用。
[0005]目前，我國(guó)可用于工業(yè)級(jí)聲凝聚減排系統(tǒng)比較少見(jiàn)，大多數(shù)減排數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小尺寸的原理性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)公開(kāi)的功率最高的半工業(yè)規(guī)模系統(tǒng)所產(chǎn)生功率僅有1600W，聲場(chǎng)強(qiáng)度不高，減排效果有限。除了懸浮顆粒聲凝聚問(wèn)題本身的復(fù)雜性和實(shí)際中煙氣類(lèi)型、粒徑分布特征多變等原因以外，重量級(jí)減排系統(tǒng)需要大功率、高聲強(qiáng)環(huán)境的支持，需要綜合考慮除塵效率、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和噪聲控制問(wèn)題，具體體現(xiàn)在強(qiáng)聲產(chǎn)生、凝聚艙結(jié)構(gòu)、聲場(chǎng)控制和系統(tǒng)集成、監(jiān)測(cè)控制等方面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與技術(shù)方案。
[0006]傳統(tǒng)的聲凝聚除塵裝置，主要包含氣體緩沖室、聲波團(tuán)聚室、袋式除塵器、灰斗、聲波發(fā)生器、功率放大器、信號(hào)發(fā)生器等。信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后用于驅(qū)動(dòng)聲波發(fā)生器，在聲波團(tuán)聚室內(nèi)部產(chǎn)生高聲強(qiáng)聲場(chǎng)，細(xì)顆粒物經(jīng)聲波作用后形成尺寸較大的團(tuán)聚體，被下游的袋式除塵器所清除。
[0007]在工業(yè)環(huán)境中，煙氣流量較大，凝聚艙尺寸較大，在其中產(chǎn)生強(qiáng)聲場(chǎng)所需要的能耗較高，超聲波在其衰減很快，同時(shí)工業(yè)環(huán)境大多較為惡劣，具有溫濕度高、粉塵濃度高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的聲凝聚除塵裝置大多采用電聲源，不利于減排系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高效率低能耗的工業(yè)級(jí)聲凝聚PM2.5減排系統(tǒng)，解決了基于氣流聲源的工業(yè)級(jí)細(xì)顆粒物聲凝聚減排系統(tǒng)中減排效率和能耗不能兼顧的問(wèn)題，將氣流聲源、號(hào)筒和聲波透鏡組成強(qiáng)聲發(fā)生單元，將氣流聲源工作氣壓設(shè)定為低壓條件，以提高聲源的換能效率，聲源經(jīng)號(hào)筒輻射出的聲強(qiáng)較低的聲波經(jīng)聲波透鏡后實(shí)現(xiàn)能量匯聚，在聲波團(tuán)聚室內(nèi)部形成局部的高聲強(qiáng)區(qū)域，將多個(gè)強(qiáng)聲發(fā)聲單元沿?zé)煔饬飨蛟诼暡▓F(tuán)聚室側(cè)面均布，使高聲強(qiáng)區(qū)域覆蓋煙氣流經(jīng)區(qū)域，完成細(xì)顆粒物的聲凝聚過(guò)程。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種高效率低能耗的工業(yè)級(jí)聲凝聚PM2.5減排系統(tǒng)，其包括:氣流聲源、至少一套用于聲波聚焦的聚焦裝置和與所述聚焦裝置連接的凝聚艙，
[0011]所述氣流聲源由初級(jí)能源提供壓力產(chǎn)生強(qiáng)聲輻射，將空氣壓縮機(jī)或燃燒能源系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓氣流通過(guò)管道輸入到所述氣流聲源中，所述氣流聲源將高壓氣流能量轉(zhuǎn)化成強(qiáng)聲波；
[0012]所述聚焦裝置包括號(hào)筒和耦合艙，所述號(hào)筒和耦合艙之間設(shè)有透鏡，所述號(hào)筒連接到氣流聲源上，所述號(hào)筒輻射由所述氣流聲源發(fā)出的強(qiáng)聲波能量，聲波能量經(jīng)所述透鏡匯聚后經(jīng)過(guò)所述耦合艙在所述凝聚艙中形成平面駐波場(chǎng)；
[0013]煙氣經(jīng)過(guò)所述凝聚艙前端進(jìn)氣口流入，在所述凝聚艙內(nèi)受強(qiáng)聲波作用后，從所述凝聚艙后端出氣口流出，煙氣中的微小懸浮顆粒凝聚為大粒徑團(tuán)聚物。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述氣流聲源包括以下中的任意一種:高壓旋笛聲源、諧振強(qiáng)聲發(fā)生器和調(diào)制氣流聲源。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述氣流聲源為高壓旋笛聲源，由與所述高壓旋笛聲源配合的控制器向高壓旋笛聲源的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供控制信號(hào)；所述氣流聲源為諧振強(qiáng)聲發(fā)生器，由伺服機(jī)構(gòu)控制器調(diào)節(jié)發(fā)生器幾何參數(shù)；所述氣流聲源為調(diào)制氣流聲源，由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器提供放大后的電信號(hào)。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述氣流聲源發(fā)出聲壓級(jí)130_150dB的強(qiáng)聲輻射，在所述凝聚艙中產(chǎn)生聲壓級(jí)140-160dB的強(qiáng)聲場(chǎng)。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，在大煙氣流量條件下使用該減排系統(tǒng)，由所述氣流聲源、號(hào)筒和透鏡組成聲凝聚減排單元，將若干個(gè)所述聲凝聚減排單元橫向設(shè)置于所述凝聚艙內(nèi)煙氣流動(dòng)方向上。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，在空間不足的條件下使用該減排系統(tǒng)，將減排系統(tǒng)設(shè)置為緊湊減排系統(tǒng)，由所述氣流聲源、號(hào)筒和透鏡組成聲凝聚減排單元，將若干個(gè)所述聲凝聚減排單元橫向設(shè)置于所述凝聚艙內(nèi)煙氣流動(dòng)方向上；所述凝聚艙內(nèi)設(shè)有折彎管道，所述折彎管道增加了煙氣在所述凝聚艙內(nèi)的流經(jīng)距離。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述折彎管道的壁面厚度為強(qiáng)聲波的半波長(zhǎng)。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，在所述凝聚艙中煙氣接受強(qiáng)聲波作用時(shí)間不低于3-5秒。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，還包括中央測(cè)控系統(tǒng)，所述中央控制系統(tǒng)通過(guò)中央測(cè)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)減排過(guò)程中的狀態(tài)，監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的項(xiàng)目包括以下中的一種或幾種:煙氣流量、氣壓、聲壓、顆粒物濃度、顆粒物粒徑分布、光學(xué)能見(jiàn)度、溫度、濕度、氣流聲源參數(shù)和凝聚艙參數(shù)。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，在該減排系統(tǒng)中，連接所述凝聚艙進(jìn)氣口和出氣口的管道串聯(lián)消聲器，管道外壁設(shè)有吸聲層。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]其一、本發(fā)明的系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)燃燒能源系統(tǒng)PM2.5減排的重要途徑，本發(fā)明中充分利用了凝聚效果隨聲壓級(jí)增加急劇提高的原理，通過(guò)采用較低初級(jí)能源氣壓大幅度提高強(qiáng)聲產(chǎn)生效率，進(jìn)而利用聲學(xué)透鏡對(duì)聲波進(jìn)行聚焦和聚束，進(jìn)一步提高凝聚倉(cāng)內(nèi)聲波強(qiáng)度，氣壓的降低和透鏡的引入使用，是本發(fā)明的聲凝聚系統(tǒng)減排的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效率和低能耗的目標(biāo)。
[0025]其二、本發(fā)明的系統(tǒng)與一般聲凝聚減排系統(tǒng)相比，在相同減排效果的前提下，能量利用率提高了 3-8倍。
[0026]其三、本發(fā)明的系統(tǒng)由氣流聲源、號(hào)筒和透鏡組成減排單元，在大煙氣流量和凝聚艙截面的條件下，沿橫向布置多個(gè)減排單元，實(shí)現(xiàn)大流量煙氣的高效率和低能耗減排。
[0027]其四、本發(fā)明的系統(tǒng)還適應(yīng)于空間受限的情況使用，凝聚艙內(nèi)置彎折管道，實(shí)現(xiàn)減排系統(tǒng)的緊湊化，拓展了本發(fā)明系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0028]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1實(shí)施例1的系統(tǒng)原理示意圖。
[0030]圖2實(shí)施例2的系統(tǒng)原理示意圖。
[0031]圖3實(shí)施例3的系統(tǒng)原理示意圖。
[0032]其中，1-氣流聲源，2-號(hào)筒，3-透鏡，4-耦合艙，5-凝聚艙，51-進(jìn)氣口，52-出氣口，53-吸聲層，54-消聲器，55-折彎管道。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0034]實(shí)施例1
[0035]如圖1所示，本實(shí)施例中公開(kāi)了一種高效率低能耗的工業(yè)級(jí)聲凝聚PM2.5減排系統(tǒng)，其主要包括:氣流聲源1、用于聲波聚焦的聚焦裝置和與上述聚焦裝置連接的凝聚艙5。
[0036]上述氣流聲源I由初級(jí)能源提供壓力產(chǎn)生強(qiáng)聲輻射，將空氣壓縮機(jī)或燃燒能源系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓氣流通過(guò)管道輸入到上述氣流聲源I中，上述氣流聲源I將高壓氣流能量轉(zhuǎn)化成強(qiáng)聲波；上述聚焦裝置包括號(hào)筒2和耦合艙4，上述號(hào)筒2和耦合艙之間設(shè)有透鏡3，上述號(hào)筒2連接到氣流聲源I上，上述號(hào)筒2輻射由上述氣流聲源I發(fā)出的強(qiáng)聲波能量，聲波能量經(jīng)上述透鏡3匯聚后經(jīng)過(guò)上述耦合艙4在上述凝聚艙5中形成平面駐波場(chǎng)；煙氣經(jīng)過(guò)上述凝聚艙5前端進(jìn)氣口 51流入，在上述凝聚艙5內(nèi)受強(qiáng)聲波作用后，從上述凝聚艙5后端出氣口 52流出，煙氣中的微小懸浮顆粒凝聚為大粒徑團(tuán)聚物。
[0037]本實(shí)施例的減排系統(tǒng)的工作流程為:(I)系統(tǒng)減排工作之前，由粒徑譜儀測(cè)量煙氣濃度和粒徑分布數(shù)據(jù)，通過(guò)聲凝聚模型和現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)最優(yōu)工況，上述氣流聲源I包括以下中的任意一種:高壓旋笛聲源、諧振強(qiáng)聲發(fā)生器和調(diào)制氣流聲源。根據(jù)工況中的聲信號(hào)特征判斷采用哪一種聲源。
[0038](2)將空氣壓縮機(jī)或者燃燒能源系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓氣流通過(guò)管道輸入到氣流聲源1，如果選擇上述氣流聲源I為高壓旋笛聲源，由與上述高壓旋笛聲源配合的控制器向高壓旋笛聲源的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供控制信號(hào)；如果選擇上述氣流聲源為諧振強(qiáng)聲發(fā)生器，由伺服機(jī)構(gòu)控制器